[發明專利]雙超衛星八桿六自由度衛星平臺解耦控制方法

有效

• 申請號: 201510466133.2
• 申請日: 2015-07-31
• 公開（公告）號: CN105059568B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 張偉;袁淵;廖鶴;徐毅;孫克新;鄧成晨;趙艷彬;孔祥龍;路同山
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 郭國中,劉翠

1.一種雙超衛星八桿六自由度衛星平臺的解耦控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

(a)建立載荷艙姿態動力學方程：

其中，F_i為磁浮機構產生的姿控力，T_d1為外界長周期干擾，能夠通過磁浮機構的作用消除；I_p為載荷艙的慣量矩陣，為載荷艙角加速度，ω_p為載荷艙角速度，l_i為每個磁浮機構的力臂；

(b)建立平臺艙姿態動力學方程為：

式中，I_s為平臺艙慣量矩陣，ω為平臺艙角速度，C_af1為+Y方向太陽帆板振動對衛星中心體轉動的耦合系數陣，C_af2為-Y方向太陽帆板振動對衛星中心體轉動的耦合系數陣，q_f1為+Y方向太陽帆板模態坐標，q_f2為-Y方向太陽帆板模態坐標，T_c為飛輪控制力矩，T_d2為帆板轉動干擾力矩，Λ_f為太陽帆板模態頻率對角陣，ζ_f為太陽帆板模態阻尼系數；為平臺艙角加速度，為+Y方向太陽帆板模態坐標的二階導數，為-Y方向太陽帆板模態坐標的二階導數，為+Y方向太陽帆板模態坐標的一階導數，為-Y方向太陽帆板模態坐標的一階導數，l′_i為每個磁浮機構的力臂，為+Y方向太陽帆板振動對衛星中心體轉動的耦合系數陣的轉置，為-Y方向太陽帆板振動對衛星中心體轉動的耦合系數陣的轉置；

(c)建立載荷艙位置控制方程：

式中，M_p為載荷艙質量，a_p為載荷艙加速度；

(d)載荷艙沿x方向平動時，磁浮機構B2、B4產生的相對位置控制力分別為ΔF_x； 沿Y方向平動時，磁浮機構B1、B3產生的相對位置控制力分別為ΔF_y；沿z方向平動時，磁浮機構A1、A2、A3、A4產生的相對位置控制力分別為ΔF_z；同理，磁浮機構A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4使載荷艙旋轉時產生的姿控力分別為F_A1，F_A2，F_A3，F_A4，F_B1，F_B2，F_B3，F_B4；

沿x方向的平動控制力F_sx為：

F_sx＝F_B2+ΔF_x+F_B4+ΔF_x＝F_B2+F_B4+2ΔF_x；

此時對于平動控制力F_sx的約束條件為：由磁浮機構A1、A2、A3、A4產生一個繞y軸的力矩，抵消由ΔF_x產生的力矩；

沿Y方向的平動控制力F_sy為：

F_sy＝F_B1+ΔF_y+F_B3+ΔF_y＝F_B1+F_B3+2ΔF_y；

此時對平動控制力F_sy的約束條件為：由磁浮機構A1、A2、A3、A4產生一個繞x軸的力矩，抵消由ΔF_y產生的力矩；

沿z方向的平動控制力F_sz為：

F_sz＝F_A1+ΔF_z+F_A2+ΔF_z+F_A3+ΔF_z+F_A4+ΔF_z＝F_A1+F_A2+F_A3+F_A4+4ΔF_z；

通過使F_B2＝-F_B4，F_B1＝-F_B3，F_A1+F_A2+F_A3+F_A4＝0，確保姿控力對載荷艙的平移沒有任何影響；

繞x方向的轉動控制力T_rx為：

式中，l₁為磁浮機構安裝面的長度；

繞y方向的轉動控制力T_ry為：

式中，l₃為磁浮機構安裝面的寬度；

繞z方向的轉動控制力T_rz為：

通過使F_B2＝-F_B4，F_B1＝-F_B3，F_A1+F_A2+F_A3+F_A4＝0，使載荷艙的姿態與載荷艙和平臺艙相對位置控制力完全解耦；此時載荷艙的動力學方程為：

式中：I_px、I_py、I_pz分別為載荷艙繞x、y、z軸的轉動慣量，分別為載荷艙繞x、y、z軸的角加速度，ω_px、ω_py、ω_pz分別為載荷艙繞x、y、z軸的角速度，l₁、l₃、l₂分別為磁浮機構安裝面的長、寬、上下安裝面的距離，F_x、F_y、F_z分別為單個磁浮機構在x、y、z方向的作用力，分別為載荷艙沿x、y、z軸的加速度；

所述雙超衛星八桿六自由度衛星平臺，包括載荷艙、平臺艙和懸浮裝置，所述懸浮裝置設置于載荷艙與平臺艙之間，所述載荷艙與平臺艙通過懸浮裝置非接觸設置；

所述懸浮裝置包括八個磁浮機構，分別為磁浮機構A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4，八個磁浮機構A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4對稱布局在平臺艙上，其中，磁浮機構A1、A2、A3、A4位于平臺艙的四個邊角位置，且方向沿Z軸方向；磁浮機構B1、B2、B3、B4位于衛星平臺平臺艙的四邊中點位置，其中，磁浮機構B1、B3方向沿Y軸方向，磁浮機構B2、B4方向沿X軸方向。